冷氢化系统及多晶硅生产系统的制作方法

1.本技术涉及多晶硅生产技术领域，特别是涉及一种冷氢化系统及多晶硅生产系统。

背景技术：

2.随着全球工业的大幅发展，能源需求日益加剧。但是传统的石油能源逐渐枯竭，且具有诸多缺点，例如：储存量有限，开采会对环境产生巨大损伤，燃烧产物具有大量有害物质等，已无法满足当今工业的发展和要求，因此，探索一种高效、可行的替代能源，已是迫在眉睫，在众多能源替代方案中，太阳能以其绿色、和平、安全、储量丰富等诸多优势成为当下研究的热点，有望成为下一代能源，太阳能作为最丰富的可再生能源，与其他能源相比具有清洁性、安全性、广泛性、资源充足性和潜在的经济性等优点。充分利用太阳能，对在低碳模式下实现可持续发展具有重要的经济和战略意义。而多晶硅是生产太阳能光伏电池的主要原料。

3.多晶硅是太阳能光伏产业的主要原料。目前，改良西门子法是生产多晶硅的主流工艺，但是改良西门子法生产多晶硅的过程中会产生大量的中间产物，即对环境及人体有较大危害的四氯化硅，据统计，每生产1kg多晶硅会产生13kg至16kg的四氯化硅，随着近年来我国多晶硅生产规模的急剧扩大，液体副产物四氯化硅产生的数量将是一个庞大的数字，如何处理数量庞大的四氯化硅，成为制约多晶硅产业发展的巨大瓶颈，如果使四氯化硅高效的转化为具备高附加值的三氯氢硅，将有力的促进多晶硅产业的进一步发展。

4.如何保证四氯化硅全部转化为三氯氢硅是制约多晶硅生产规模扩大的瓶颈。为了循环利用副产物四氯化硅，现在国际上通常采用两种方法对四氯化硅进行转化，一种是高温热氢化法，就是将四氯化硅与氢气在900～1200℃的温度下在氢化炉内部反应以生成三氯氢硅；另外一种方法为冷氢化法，主要是将四氯化硅与氢气混合后再与硅粉和催化剂在500～600℃下的温度通过流化床反应器生成三氯氢硅。

5.冷氢化工序是改良西门子法生产多晶硅的重要工序之一。通常的冷氢化工序是将四氯化硅与氢气混合加热气化，加热至550℃，通入流化床与硅粉发生反应生成三氯氢硅的过程。常用的气化方式主要是通过卧式气化器(如中国发明专利201610284721.9公开了一种多晶硅冷氢化法中四氯化硅的汽化方法及汽化装置)将四氯化硅与氢气混合加热气化，卧式气化器内高温高压的氢气容易对卧式气化器的管壁造成氢损伤(或称氢脆，高温高压的氢对钢的损伤主要是因为氢以原子状态渗入金属内，并在金属内部再结合成分子，产生很高的压力，严重时会导致表面鼓包或皱折；氢与钢中的碳结合，使钢脱碳，或使钢中的硫化物与氧化物还原造成压力容器氢脆破坏)，破坏蒸汽加热管道，导致蒸汽泄漏，且常温的液态四氯化硅不断进入卧式气化器，卧式气化器长期处于温度大幅度波动的状态，加剧了卧式气化器管壁的氢损伤。同时，进入到卧式气化器中的液态四氯化硅中含有较多的固体杂质(例如硅粉)，容易堵塞卧式气化器，以上两个问题造成卧式气化器频繁出现故障，需要整个冷氢化系统停车等待卧式气化器检修，导致整个冷氢化系统频繁停车，严重影响多晶

硅的正常生产，且冷氢化系统频繁停车会造成成本上升、产量减少、效益下降的问题。

技术实现要素：

6.基于此，有必要针对现有的技术中，高温高压的氢气容易对卧式气化器的管壁造成氢损伤，以及液态四氯化硅中较多的固体杂质容易堵塞卧式气化器，造成卧式气化器频繁出现故障，导致整个冷氢化系统频繁停车，严重影响多晶硅的正常生产，且冷氢化系统频繁停车、开车会造成成本上升、产量减少、效益下降的问题。有必要提供一种冷氢化系统及多晶硅生产系统，能够解决现有技术中的上述问题。

7.一种冷氢化系统，包括混合器、气化塔和流化床，所述混合器具有氢气进气管道和进液管道，所述气化塔包括塔体和盘绕在所述塔体下部外侧的蒸汽加热外盘管，所述塔体具有两层第一填料层，两层所述第一填料层自上而下将所述塔体分隔为第一段、第二段和第三段，所述气化塔的进口位于所述第一段，所述混合器的出口与所述气化塔的进口相连，所述气化塔的出气口位于所述塔体顶部，且与所述流化床相连，所述气化塔还包括第一循环管道，所述第一循环管道设置有第一循环泵，所述第一循环管道的两端分别与所述第二段和所述第三段相连，且所述第一循环管道内的流动方向为自所述第三段流向所述第二段。

8.优选地，上述一种冷氢化系统中，还包括氢气旁路管道，所述氢气旁路管道的一端与所述氢气进气管道相连，另一端与所述流化床相连，且所述氢气旁路管道上设置有阀门。

9.优选地，上述一种冷氢化系统中，所述气化塔的出气口与所述氢气旁路管道相连，所述阀门位于所述氢气进气管道与所述气化塔的出气口之间，且所述气化塔的出气口安装有逆止阀。

10.优选地，上述一种冷氢化系统中，还包括再热系统，所述再热系统包括至少两个依次串联的换热器，形成多级换热器，还包括电加热器，所述气化塔的出气口与所述多级换热器的壳程进口相连，所述多级换热器的壳程出口与所述电加热器的进口相连，所述电加热器的出口与所述流化床相连，所述流化床的出口与所述多级换热器的管程进口相连，所述多级换热器的管程出口为产物出口。

11.优选地，上述一种冷氢化系统中，还包括旋风除尘器、硅粉过滤器和硅粉储罐，所述流化床的出口与所述旋风除尘器的进口相连，所述旋风除尘器的气体出口与所述硅粉过滤器的进口相连，所述硅粉过滤器的气体出口为产物出口，所述旋风除尘器的固体出口为杂质出口，所述硅粉过滤器的固体出口与所述硅粉储罐的进口相连，所述硅粉储罐的出口与所述流化床的硅粉进口相连，且所述流化床的硅粉进口还连接有硅粉补充管道。

12.优选地，上述一种冷氢化系统中，还包括淋洗冷却系统，所述淋洗冷却系统包括淋洗塔、空冷器、回流罐和第二循环管道，所述流化床的出口与所述淋洗塔的气体进口相连，所述淋洗塔的气体出口与所述空冷器的进口相连，所述空冷器的出口与所述回流罐相连，所述回流罐的出口与所述淋洗塔的喷淋液进口相连，所述第二循环管道设置于所述淋洗塔，且所述第二循环管道连接有液态产物管道。

13.优选地，上述一种冷氢化系统中，所述淋洗塔具有两层第二填料层，两层所述第二填料层自上而下将所述淋洗塔分隔为第四段、第五段和第六段，所述淋洗塔的气体进口位于所述第五段，所述淋洗塔的气体出口位于所述第四段的顶部，所述淋洗塔的喷淋液进口

位于所述第四段，所述第二循环管道设置有第二循环泵，所述第二循环管道的两端分别与所述第五段和所述第六段相连，且所述第二循环管道内的流动方向为自所述第六段流向所述第五段，所述第二循环管道与所述第五段相连的位置位于所述淋洗塔的气体进口上方。

14.一种多晶硅生产系统，包括如上所述的一种冷氢化系统。

15.优选地，上述一种多晶硅生产系统中，还包括依次相连的tcs合成系统、tcs精馏提纯系统、还原炉和尾气系统，所述tcs精馏提纯系统和所述尾气系统均与所述冷氢化系统的所述进液管道相连，所述冷氢化系统的产物出口与所述tcs精馏提纯系统进口相连。

16.本技术采用的技术方案能够达到以下有益效果：

17.本技术实施例公开的一种冷氢化系统及多晶硅生产系统中，气化塔在加热气化气液混合物的过程中，由于蒸汽加热外盘管盘绕在塔体下部的外侧，而氢气位于塔体内部，因此氢气不会对蒸汽加热外盘管造成氢损伤，防止蒸汽加热外盘管开裂损坏，避免蒸汽泄漏，在塔体的隔离防护作用下，即使常温的液态四氯化硅不断进入气化塔，气化塔长期处于温度大幅度波动的状态，氢气也不会对蒸汽加热外盘管造成氢损伤而导致蒸汽泄漏。在第一循环泵的作用下，将第三段内的气液混合物通过第一循环管道抽吸到第二段内向下喷淋，以使起到搅动第三段内气液混合物的效果，通过搅动气液混合物，增加气化塔的气化效率，且通过不断搅动气液混合物，以使气液混合物处于动态过程中，避免固体杂质造成气化塔内的管道堵塞，且能够通过塔体底部的排渣口将沉积得到的渣浆排出。以上方式能够避免气化塔频繁出现故障，从而防止需要整个冷氢化系统停车等待气化塔检修，导致整个冷氢化系统频繁停车，进而避免影响多晶硅的正常生产，解决因冷氢化系统频繁停车而造成成本上升、产量减少、效益下降的问题。

18.同时，将第三段内的气液混合物通过第一循环管道抽吸到第二段内向下喷淋，以使起到搅动第三段内气液混合物的效果，通过搅动气液混合物，以增加气化塔的气化效率，且在蒸汽加热外盘管的加热作用下，气液混合物被加热气化，气化后的混合气上升，从气化塔的进口通入到塔体内的气液混合物自第一段内向下喷淋，气液混合物通过第一循环管道抽吸到第二段内向下喷淋，气化后上升的混合气与喷淋向下的气液混合物接触换热，混合气中的热量加热向下喷淋的气液混合物，以使部分气液混合物被加热气化，进一步增加气化塔的气化效率。

附图说明

19.图1为本技术实施例公开的一种冷氢化系统的示意图；

20.图2为本技术实施例公开的淋洗冷却系统的示意图。

21.其中：混合器100、氢气进气管道110、进液管道120、气化塔200、塔体210、蒸汽加热外盘管220、第一填料层230、第一循环管道240、第一循环泵250、逆止阀260、流化床300、硅粉补充管道310、氢气旁路管道400、阀门410、再热系统500、换热器510、电加热器520、旋风除尘器610、硅粉过滤器620、硅粉储罐630、淋洗冷却系统700、淋洗塔710、第二填料层711、空冷器720、回流罐730、第二循环管道740、液态产物管道750、第二循环泵760。

具体实施方式

22.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中

给出了本技术的较佳实施方式。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本技术的公开内容理解的更加透彻全面。

23.需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“顶部”、“底部”、“底端”、“顶端”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

24.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

25.请参考图1和图2，本技术实施例公开一种冷氢化系统，包括混合器100、气化塔200和流化床300，其中：

26.混合器100具有氢气进气管道110和进液管道120，通过氢气进气管道110将氢气通入到混合器100中，通过进液管道120将多晶硅生产过程中产生的副产物四氯化硅(含有较多固体杂质，例如硅粉)通入到混合器100中，在混合器100中氢气与四氯化硅混合，得到气液混合物。混合器100的出口与气化塔200的进口相连，以将混合后的氢气与四氯化硅(即气液混合物)通入到气化塔200中进行加热气化，从而得到气态四氯化硅与氢气的混合气，气化塔200的出气口与流化床300相连，以将混合气通入流化床再与硅粉和催化剂在500～600℃的温度下反应生成三氯氢硅，使四氯化硅转化为具备高附加值的三氯氢硅，有力的促进多晶硅产业的进一步发展。

27.具体地，气化塔200包括塔体210和盘绕在塔体210下部外侧的蒸汽加热外盘管220，将混合器100中混合后的气液混合物通入到塔体210中，气液混合物流到塔体210内的下部，在蒸汽加热外盘管220的加热作用下，气液混合物被加热气化，气化后的混合气上升，然后从气化塔200的出气口排出。此种结构的气化塔200在加热气化气液混合物的过程中，由于蒸汽加热外盘管220盘绕在塔体210下部的外侧，而氢气位于塔体210内部，因此氢气不会对蒸汽加热外盘管220造成氢损伤，防止蒸汽加热外盘管220开裂损坏，避免蒸汽泄漏，同时，现有的大多数塔体210的强度、耐腐蚀性较高，且大多数塔体210为多层结构，塔体210一般设置有防腐层，氢气较难对塔体210造成氢损伤。在塔体210的隔离防护作用下，即使常温的液态四氯化硅不断进入气化塔200，气化塔200长期处于温度大幅度波动的状态，氢气也不会对蒸汽加热外盘管220造成氢损伤而导致蒸汽泄漏。

28.塔体210具有两层第一填料层230，两层第一填料层230自上而下将塔体210分隔为第一段、第二段和第三段，蒸汽加热外盘管220盘绕在第三段的外壁，气化塔200的进口位于第一段，气化塔200的出气口位于塔体210顶部，通入到塔体210内的气液混合物位于第三段内，在蒸汽加热外盘管220的加热作用下，气液混合物被加热气化，气化后的混合气上升，从气化塔200的进口通入到塔体210内的气液混合物自第一段内向下喷淋，混合气与气液混合物在两层第一填料层230充分接触，混合气中的热量加热向下喷淋的气液混合物，以使部分气液混合物被加热气化，增加气化塔200的气化效率，然后混合气从塔体210顶部的出气口

通入至流化床300，未被混合气加热气化的气液混合物流到第三段，继续在蒸汽加热外盘管220的加热作用下气化。

29.由于多晶硅生产过程中产生的副产物四氯化硅中含有较多固体杂质，例如硅粉，气液混合物长期积累在第三段，较多的杂质会沉积在第三段底部，即塔底，因此，塔体210的底部具有排渣口，以将沉积得到的渣浆排出。同时。气化塔200还包括第一循环管道240，第一循环管道240设置有第一循环泵250，第一循环管道240的两端分别与第二段和第三段相连，且第一循环管道240内的流动方向为自第三段流向第二段。在第一循环泵250的作用下，将第三段内的气液混合物通过第一循环管道240抽吸到第二段内向下喷淋，以使起到搅动第三段内气液混合物的效果，通过搅动气液混合物，以增加气化塔200的气化效率，二是在气液混合物通过第一循环管道240抽吸到第二段内向下喷淋的过程中，气化后上升的混合气与喷淋向下的气液混合物接触换热，混合气中的热量加热向下喷淋的气液混合物，以使部分气液混合物被加热气化，进一步增加气化塔200的气化效率。

30.本技术实施例公开的一种冷氢化系统中，气化塔200在加热气化气液混合物的过程中，由于蒸汽加热外盘管220盘绕在塔体210下部的外侧，而氢气位于塔体210内部，因此氢气不会对蒸汽加热外盘管220造成氢损伤，防止蒸汽加热外盘管220开裂损坏，避免蒸汽泄漏，在塔体210的隔离防护作用下，即使常温的液态四氯化硅不断进入气化塔200，气化塔200长期处于温度大幅度波动的状态，氢气也不会对蒸汽加热外盘管220造成氢损伤而导致蒸汽泄漏。在第一循环泵250的作用下，将第三段内的气液混合物通过第一循环管道240抽吸到第二段内向下喷淋，以使起到搅动第三段内气液混合物的效果，通过搅动气液混合物，增加气化塔200的气化效率，且通过不断搅动气液混合物，以使气液混合物处于动态过程中，避免固体杂质造成气化塔200内的管道堵塞，且能够通过塔体210底部的排渣口将沉积得到的渣浆排出。以上方式能够避免气化塔200频繁出现故障，从而防止需要整个冷氢化系统停车等待气化塔200检修而导致整个冷氢化系统频繁停车，进而避免影响多晶硅的正常生产，解决因冷氢化系统频繁停车而造成成本上升、产量减少、效益下降的问题。

31.同时，将第三段内的气液混合物通过第一循环管道240抽吸到第二段内向下喷淋，以使起到搅动第三段内气液混合物的效果，通过搅动气液混合物，以增加气化塔200的气化效率，且在蒸汽加热外盘管220的加热作用下，气液混合物被加热气化，气化后的混合气上升，从气化塔200的进口通入到塔体210内的气液混合物自第一段内向下喷淋，气液混合物通过第一循环管道240抽吸到第二段内向下喷淋，气化后上升的混合气与喷淋向下的气液混合物接触换热，混合气中的热量加热向下喷淋的气液混合物，以使部分气液混合物被加热气化，进一步增加气化塔200的气化效率。

32.现有技术中，卧式气化器可能因为其他原因产生故障，例如卧式气化器受到撞击而出现裂纹，此时就需要卧式气化器停车检修，需要整个冷氢化系统停车等待卧式气化器检修。在一种可选的实施例中，本技术公开的冷氢化系统可以包括氢气旁路管道400，氢气旁路管道400的一端与氢气进气管道110相连，另一端与流化床300相连，且氢气旁路管道400上设置有阀门410。在卧式气化器出现故障时，打开阀门410，以将氢气通过氢气旁路管道400通入到冷氢化系统的后端流程系统中，以使冷氢化系统的后端流程系统继续运行，虽没有产物，但冷氢化系统的后端流程系统仍继续运行避免需要整个冷氢化系统停车，仅需卧式气化器停车检修，从而避免需要整个冷氢化系统停车等待卧式气化器检修，而避免影

响多晶硅的正常生产，解决因冷氢化系统频繁停车而造成成本上升、产量减少、效益下降的问题。

33.进一步地，卧式气化器的出气口与氢气旁路管道400相连，阀门410位于氢气进气管道110与卧式气化器的出气口之间，且卧式气化器的出气口安装有逆止阀260，通过逆止阀260防止氢气在卧式气化器停车期间进入到卧式气化器内，影响卧式气化器的检修，且避免造成氢气泄漏。

34.结合本技术公开的气化塔200，通过气化塔200代替卧式气化器，由于气化塔200相较于卧式气化器故障率较低，因此能够进一步避免需要整个冷氢化系统停车等待卧式气化器检修，而避免影响多晶硅的正常生产，解决因冷氢化系统频繁停车而造成成本上升、产量减少、效益下降的问题。

35.当然，通过气化塔200代替卧式气化器后，气化塔200的出气口与氢气旁路管道400相连，阀门410位于氢气进气管道110与气化塔200的出气口之间，且气化塔200的出气口安装有逆止阀260。通过逆止阀260防止氢气在气化塔200停车期间进入到气化塔200内，影响气化塔200的检修，且避免造成氢气泄漏。

36.现有技术中，通过卧式气化器加热气化后的混合气温度还未达到500～600℃，需要通过额外使用电能的加热器进行加热，以将混合气加热至500～600℃，然后再通入到流化床300中，这就导致需要消耗大量的电能，导致成本较高，效益较低。在一种可选的实施例中，本技术公开的一种冷氢化系统可以包括再热系统500，再热系统500包括至少两个依次串联的换热器510，形成多级换热器，还包括电加热器520，卧式气化器的出气口与多级换热器的壳程进口相连，多级换热器的壳程出口与电加热器520的进口相连，电加热器520的出口与流化床300相连，流化床300的出口与多级换热器的管程进口相连，多级换热器的管程出口为产物出口。

37.流化床300内反应生成的产物温度500～600℃，产物中的热量如不利用，则会造成热量浪费，将高温的产物通入到换热器510的管程中，与换热器510壳程内的混合气换热，以将混合气进行加热，再用电加热器520辅助加热，避免完全需要电加热器520进行加热，能够降低电能的消耗，从而降低生产成本，提高生产效益。且利用产物中的热量，避免这部分热量浪费。同时，多级换热器由两个依次串联的换热器510组成，以使混合气升温平稳，能有效防止仅用一个换热器510而使得换热器510热疲劳损伤的情形发生。同时，还能够充分利用产物中的热量。

38.结合本技术公开的气化塔200，将气化塔200的出气口与多级换热器的壳程进口相连即可，相似地，也能够降低电能的消耗，且利用产物中的热量，避免这部分热量浪费。

39.在流化床300内，混合气与硅粉反应生成产物，产物中含有较多未反应的硅粉，还有其他固体杂质，若将产物直接用于后续多晶硅的生产，未反应的硅粉及其他固体杂质容易堵塞后续工序中的管道，严重影响系统可靠性。在一种可选的实施例中，本技术公开的一种冷氢化系统可以包括旋风除尘器610、硅粉过滤器620和硅粉储罐630，流化床300的出口与旋风除尘器610的进口相连，旋风除尘器610的气体出口与硅粉过滤器620的进口相连，硅粉过滤器620的气体出口为产物出口，旋风除尘器610的固体出口为杂质出口，硅粉过滤器620的固体出口与硅粉储罐630的进口相连，硅粉储罐630的出口与流化床300的硅粉进口相连，且流化床300的硅粉进口还连接有硅粉补充管道310。

40.流化床300生成的产物首先通入到旋风除尘器610中，除去其他固体杂质，然后通入到硅粉过滤器620，将产物中的硅粉过滤，储存到硅粉储罐630中，从硅粉过滤器620的气体出口可以得到固体杂质较少的产物。同时，储存在硅粉储罐630中的硅粉可以通入到流化床300内再次使用，实现硅粉的回收就重复使用，避免硅粉浪费，降低物料成本，流化床300工作所需要的硅粉还可以通过硅粉补充管道310补充供应，为提供足量的硅粉。在将从硅粉过滤器620的气体出口得到固体杂质较少的产物直接用于后续多晶硅的生产，经过除尘过滤后的产物较难堵塞后续工序中的管道，避免影响系统可靠性。

41.由于流化床300生成的产物为气态，因此需要冷却为液态，及时通过再热系统500换热降温后，仍为气态，也需要冷却为液态，而现有技术中仅通过空气冷却的方式冷却气态的产物，冷却效率低。在一种可选的实施例中，本技术公开的一种冷氢化系统可以包括淋洗冷却系统700，淋洗冷却系统700包括淋洗塔710、空冷器720、回流罐730和第二循环管道740，流化床300的出口与淋洗塔710的气体进口相连，淋洗塔710的气体出口与空冷器720的进口相连，空冷器720的出口与回流罐730相连，回流罐730的出口与淋洗塔710的喷淋液进口相连，第二循环管道740设置于淋洗塔710，且第二循环管道740连接有液态产物管道750，冷却后的液态产物通过液态产物管道750可通入到后续多晶硅生产工序中。

42.在具体的工作过程中，气态的产物通入到淋洗塔710内，部分产物被冷却为液态流到淋洗塔710的塔底，未被冷却的产物通过淋洗塔710的气体出口进入空冷器720中冷却为液态，然后流到回流罐730中，再将回流罐730中液态的产物通入淋洗塔710的喷淋液进口，通过喷淋液进口将液态的产物在淋洗塔710向下喷淋，向下喷淋的液态产物与通入到淋洗塔710内的气态产物相接触，液态产物冷却气态产物，从而将一部分气态产物冷却为液态流到淋洗塔710的塔底，从而进一步冷却气态产物，提高冷却效率。同时，通过第二循环管道740将淋洗塔710塔底的液态产物在淋洗塔710内向下喷淋，向下喷淋的液态产物与通入到淋洗塔710内的气态产物相接触，液态产物冷却气态产物，进一步冷却气态产物，更进一步地提高冷却效率。相较于现有技术中仅通过空冷的方式冷却气态的产物，淋洗冷却系统700无疑能够提高气态产物的冷却效率。

43.进一步地，淋洗塔710具有两层第二填料层711，两层第二填料层711自上而下将淋洗塔710分隔为第四段、第五段和第六段，淋洗塔710的气体进口位于第五段，淋洗塔710的气体出口位于第四段的顶部，淋洗塔710的喷淋液进口位于第四段，第二循环管道740设置有第二循环泵760，第二循环管道740的两端分别与第五段和第六段相连，且第二循环管道740内的流动方向为自第六段流向第五段，第二循环管道740与第五段相连的位置位于淋洗塔710的气体进口上方。

44.气态的产物通入到第五段内，部分产物被冷却为液态流到第六段，未被冷却的产物上升至第四段，然后通过淋洗塔710的气体出口进入空冷器720中冷却为液态，然后流到回流罐730中，再将回流罐730中液态的产物通入淋洗塔710的喷淋液进口，通过喷淋液进口将液态的产物在淋洗塔710向下喷淋，向下喷淋的液态产物与上升至第四段的气态产物相接触，液态产物冷却气态产物，从而将一部分气态产物冷却为液态流到第六段，从而进一步冷却气态产物，提高冷却效率。同时，在第二循环泵760的作用下，第六段内液态的产物被抽吸至第五段内向下喷淋，且由于第二循环管道740与第五段相连的位置位于淋洗塔710的气体进口上方，因此，未被冷却的产物上升过程中与通过第二循环管道740向下喷淋的液态产

物相接触，液态产物冷却气态产物，进一步冷却气态产物，更进一步地提高冷却效率。将已经冷却为液态的产物通过回流、循环的方式与还未冷却的气态产物循环接触，提高冷却效率，此种淋洗塔710的个进口、出口位置设置科学合理，有利于提高气态产物的冷却效率。

45.本技术还公开一种多晶硅生产系统，包括如上文任意实施例所述的一种冷氢化系统，能够避免气化塔200频繁出现故障，从而防止需要整个冷氢化系统停车等待气化塔200检修而导致整个冷氢化系统频繁停车，进而避免影响多晶硅的正常生产，解决因冷氢化系统频繁停车而造成成本上升、产量减少、效益下降的问题。

46.进一步地，本技术公开的一种多晶硅生产系统还可以包括依次相连的tcs合成系统、tcs精馏提纯系统、还原炉和尾气系统，tcs精馏提纯系统和尾气系统均与冷氢化系统的进液管道120相连，冷氢化系统的产物出口与tcs精馏提纯系统进口相连。将硅粉和氯化氢通入到tcs合成系统中生成tcs，且会有大量的副产物，如stc，然后将tcs合成系统中生成tcs及副产物通入到tcs精馏提纯系统中将tcs与stc分离，分离得到的tcs进入还原炉生产多晶硅，还原炉排出大量还原尾气，还原尾气经尾气系统分离出stc，将tcs精馏提纯系统中分离出来的stc与尾气系统分离出来的stc通入到冷氢化系统中，将stc转化为tcs，然后在通入到tcs精馏提纯系统中，依次循环，实现原料回收循环使用，避免浪费。需要说明的是，在多晶硅行业，tcs指的是三氯氢硅，stc指的是四氯化硅，还原尾气中包括tcs、stc、氯化氢和氢气等。

47.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

48.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。技术特征：

1.一种冷氢化系统，其特征在于，包括混合器（100）、气化塔（200）和流化床（300），所述混合器（100）具有氢气进气管道（110）和进液管道（120），所述气化塔（200）包括塔体（210）和盘绕在所述塔体（210）下部外侧的蒸汽加热外盘管（220），所述塔体（210）具有两层第一填料层（230），两层所述第一填料层（230）自上而下将所述塔体（210）分隔为第一段、第二段和第三段，所述气化塔（200）的进口位于所述第一段，所述混合器（100）的出口与所述气化塔（200）的进口相连，所述气化塔（200）的出气口位于所述塔体（210）顶部，且与所述流化床（300）相连，所述气化塔（200）还包括第一循环管道（240），所述第一循环管道（240）设置有第一循环泵（250），所述第一循环管道（240）的两端分别与所述第二段和所述第三段相连，且所述第一循环管道（240）内的流动方向为自所述第三段流向所述第二段。2.根据权利要求1所述的一种冷氢化系统，其特征在于，还包括氢气旁路管道（400），所述氢气旁路管道（400）的一端与所述氢气进气管道（110）相连，另一端与所述流化床（300）相连，且所述氢气旁路管道（400）上设置有阀门（410）。3.根据权利要求2所述的一种冷氢化系统，其特征在于，所述气化塔（200）的出气口与所述氢气旁路管道（400）相连，所述阀门（410）位于所述氢气进气管道（110）与所述气化塔（200）的出气口之间，且所述气化塔（200）的出气口安装有逆止阀（260）。4.根据权利要求1所述的一种冷氢化系统，其特征在于，还包括再热系统（500），所述再热系统（500）包括至少两个依次串联的换热器（510），形成多级换热器，还包括电加热器（520），所述气化塔（200）的出气口与所述多级换热器的壳程进口相连，所述多级换热器的壳程出口与所述电加热器（520）的进口相连，所述电加热器（520）的出口与所述流化床（300）相连，所述流化床（300）的出口与所述多级换热器的管程进口相连，所述多级换热器的管程出口为产物出口。5.根据权利要求1所述的一种冷氢化系统，其特征在于，还包括旋风除尘器（610）、硅粉过滤器（620）和硅粉储罐（630），所述流化床（300）的出口与所述旋风除尘器（610）的进口相连，所述旋风除尘器（610）的气体出口与所述硅粉过滤器（620）的进口相连，所述硅粉过滤器（620）的气体出口为产物出口，所述旋风除尘器（610）的固体出口为杂质出口，所述硅粉过滤器（620）的固体出口与所述硅粉储罐（630）的进口相连，所述硅粉储罐（630）的出口与所述流化床（300）的硅粉进口相连，且所述流化床（300）的硅粉进口还连接有硅粉补充管道（310）。6.根据权利要求1所述的一种冷氢化系统，其特征在于，还包括淋洗冷却系统（700），所述淋洗冷却系统（700）包括淋洗塔（710）、空冷器（720）、回流罐（730）和第二循环管道（740），所述流化床（300）的出口与所述淋洗塔（710）的气体进口相连，所述淋洗塔（710）的气体出口与所述空冷器（720）的进口相连，所述空冷器（720）的出口与所述回流罐（730）相连，所述回流罐（730）的出口与所述淋洗塔（710）的喷淋液进口相连，所述第二循环管道（740）设置于所述淋洗塔（710），且所述第二循环管道（740）连接有液态产物管道（750）。7.根据权利要求6所述的一种冷氢化系统，其特征在于，所述淋洗塔（710）具有两层第二填料层（711），两层所述第二填料层（711）自上而下将所述淋洗塔（710）分隔为第四段、第五段和第六段，所述淋洗塔（710）的气体进口位于所述第五段，所述淋洗塔（710）的气体出口位于所述第四段的顶部，所述淋洗塔（710）的喷淋液进口位于所述第四段，所述第二循环管道（740）设置有第二循环泵（760），所述第二循环管道（740）的两端分别与所述第五段和

所述第六段相连，且所述第二循环管道（740）内的流动方向为自所述第六段流向所述第五段，所述第二循环管道（740）与所述第五段相连的位置位于所述淋洗塔（710）的气体进口上方。8.一种多晶硅生产系统，其特征在于，包括如权利要求1至7中任意一项所述的一种冷氢化系统。9.根据权利要求8所述的一种多晶硅生产系统，其特征在于，还包括依次相连的tcs合成系统、tcs精馏提纯系统、还原炉和尾气系统，所述tcs精馏提纯系统和所述尾气系统均与所述冷氢化系统的所述进液管道（120）相连，所述冷氢化系统的产物出口与所述tcs精馏提纯系统进口相连。

技术总结

本申请涉及一种冷氢化系统及多晶硅生产系统，气化塔包括塔体和盘绕在塔体下部的蒸汽加热外盘管，塔体具有两层第一填料层，气化塔的进口位于第一段，混合器的出口与气化塔的进口相连，气化塔的出气口位于塔体顶部，且与流化床相连，气化塔还包括第一循环管道，第一循环管道的两端分别与第二段和第三段相连，且第一循环管道内的流动方向为自第三段流向第二段。蒸汽加热外盘管盘绕在塔体下部的外侧，在塔体的隔离防护作用下，氢气不会对蒸汽加热外盘管造成氢损伤，气化塔内的气液混合物处于动态过程中，避免固体杂质造成气化塔内的管道堵塞，能够避免气化塔频繁出现故障，解决因冷氢化系统频繁停车而造成成本上升、产量减少、效益下降的问题。益下降的问题。益下降的问题。

技术研发人员：请求不公布姓名 请求不公布姓名 请求不公布姓名 请求不公布姓名 赵琦

受保护的技术使用者：宁夏润阳硅材料科技有限公司

技术研发日：2023.01.19

技术公布日：2023/6/9